汽车轻量化是当前全球汽车工业发展的一个重要方向,也是我国节能与新能源汽车技术路线之一,其重要性不言而喻。其中,多材料车身结构优化设计是汽车轻量化中潜力巨大、成本可控的一个前瞻研究领域,它融合了汽车轻量化技术的三大方面——结构优化、轻质材料和先进工艺,因此也是一个开发难度较大的研究领域。本文在课题组此前结构装配优化研究工作和其他学者关于多材料车身结构优化设计相关工作的基础上,提出了一种基于分层迭代的多材料车身结构优化设计方法。在优化设计变量中加入了装配优化问题中的拓扑变量(也即结构中接头的位置和数量),从而极大地扩展了设计域的范围,使得原来在不同阶段进行的装配和尺寸优化工作可以在同一个过程内完成,并且找到更好的结构设计方案。为解决拓展设计域空间后拓扑变量与尺寸等其他类型变量的耦合难题,将整体优化流程分解为两个串联的优化层次。首先,在第一层装配结构优化过程中以车身结构拓扑变量为设计变量进行结构装配优化,以最大化结构性能(如车身弯扭刚度、模态特性等)为目标,通过NSGA-II算法进行该多目标优化问题的求解,得到问题的Pareto解集并使用评分公式从中选出所需的综合最优解,将其拓扑参数传递到下一层优化之中;在第二层对尺寸和材料的优化过程中,以车身结构的尺寸、材料参数等作为设计变量,以满足车身结构性能要求为约束进行质量和材料成本的多目标优化,采用和第一层类似的方法从Pareto解集中得到该层优化问题的综合最优解,并将其尺寸、材料等参数传递回第一层。通过两个层次的迭代计算实现算法的收敛要求,最后使用Pareto解集评优方法从最终解集中筛选出所需的综合最优解。最后,通过一个多材料车身地板的优化设计案例,进行优化结果的分析和对比,并得到了满足设计要求的多材料地板设计方案。算例结果及相关迭代曲线验证了分层迭代方法的可行性和有效性,按此方法得到的多材料设计方案可供技术人员参考,来指导下一步的详细设计。